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有效的收集；空穴被g-C3N4有效的收集。从而完成了光生电子与空穴的有效分离。 1.7.2染料光敏化
光敏化即是通过物理或者化学吸附将具有广活性的化合物吸附于催化剂表面，从而使材料可以吸收波长更长的光，从而扩大激发波长的响应范围。一般来说染料敏化设计三个基本过程：燃料吸附于半导体的表面、吸附的分子吸收可见光中光子被激发、处于激发态的分子将电子注入半导体的导带之中，从而达到催化效果。图1.6为光敏化作用示意图
图1.6 光敏化示意图
1.7.3贵金属沉积
贵金属沉积能够改性光催化剂，是因为当半导体的表面与金属的表面发生接触时，整个体系中的电子会重新分布，这会影响到催化剂表面的性质，从而改变了其光催化活性。电子会不断地从Fermi能级较高的光催化剂向Fermi能级较低的金属迁移，直到二者的Fermi能级相同，从而形成Schottky[29]能垒，捕获激发电子有效分离光生电子和空穴，一直电子空穴对的复合。 1.7.4金属离子的掺杂
在光催化剂的表面掺杂金属离子、稀土元素，可在晶格中引入缺陷或结晶度从而改变了离子的结构于表面性质，从而扩大了光响应范围促
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进光生电子和空穴的有效分离，提高光催化活性。己见报道的过渡金属离子主要包括Fe3+、Co2+、Cr3+、Ni2+等，因为掺杂改变了半导体本身的晶格结构和表面状态,而且能细微的改变其组成与性能。因此,是制备高效光催化材料的有效手段。 1.7.5 非金属掺杂
有大量关于利用非金属改性传统光催化剂TiO2的报道，从报道中可以看到掺杂少量的非金属元素，不仅能够使TiO2的禁带宽度变窄，而且能够保持其在紫外光下的活性的同时，可见光范围内也有活性，大大的增加了其光响应范围，其中研究最多的非金属元素包括N、C、S、B、F等
1.7.6 多元共掺杂改性
近几年的研究发现，使用两种元素对光催化剂进行共掺杂或多元复合能够得到比单一元素掺杂改性所得到的光催化剂具有更好的光催化性能。目前主要研究的是两种金属离子共掺杂、两种非金属元素共掺杂、金属与非金属共掺杂这三种多元共掺杂改性方式。
两种金属离子共掺杂时，掺入的其中一种会起到扩大光响应范围的作用，而另一种则起到捕获光生电子和空穴的作用，减少了电子空穴对的复合概率，在两种金属离子的协同作用下提高了光催化剂的光催化性能。
两种非金属元素共掺杂主要有N-C、N-S、N-F、S-B、N-B、N-P、F-B。两种非金属的共掺杂不仅能够扩大其光响应范围，使其在光区域内具有更强的吸收，还会造成其表面形成氧空位或增大表面积等从而硬性其表面性质和电子性质。
金属与非金属共掺杂改性时金属离子与非金属元素也同样的发生了协同作用，金属掺杂或贵金属沉积能够有效分离电荷，而非金属掺杂则提高了可见光区域的吸收，一些金属离子的掺杂会增大催化剂的比表面
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积而有的还能作为电子捕获剂，从而促进表面氧空穴的产生，而同时一些非金属元素会形成新的能级，使催化剂的禁带宽度变窄，从而吸收更多的可见光，提高可见光的利用率。 1.8 实验与表征 1.8.1实验试剂
实验所需的原料如表1.1所示：
表1.1 实验试剂和原料
名称及缩写 分子式 三聚氰胺 甲基橙 罗丹明B 亚甲基蓝 无水乙醇 硫脲 乙二醇 硝酸镍 甲基橙 罗丹明B 亚甲基蓝 无水乙醇 硫脲 乙二醇 硝酸镍
C3H6N6 C14H14N3NaO3S C28H31ClN2O3 CH3CH2OH H2NCSNH2 C2H6O2 Ni(NO3）2·6H2O C14H14N3NaO3S C28H31ClN2O3 CH3CH2OH H2NCSNH2 C2H6O2 Ni(NO3）2·6H2O
等级 AR AR AR AR AR AR AR AR AR AR AR AR AR
生产厂家
天津市光复精细化工研究所 天津市福晨化学试剂厂 天津市赢达稀贵化学试剂厂 天津市光复科技发展有限公司 北京化工厂
天津市光复科技发展有限公司 天津市津科精细化工研究所 天津市光复精细化工研究所 天津市福晨化学试剂厂 天津市赢达稀贵化学试剂厂 天津市光复科技发展有限公司 北京化工厂
天津市光复科技发展有限公司 天津市津科精细化工研究所 天津市光复精细化工研究所
C16H18ClN3S3H2O AR
C16H18ClN3S3H2O AR
1.8.2 实验仪器
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实验所需要的各种仪器如表1.2所示：
表1.2 实验仪器
名称 电子天平 磁力搅拌器 鼓风干燥箱 高速离心机 高压反应釜 光催化系统 自镇流汞灯
型号 JA2003 85-2 DHG-9075A LG10-2.4A -
Labsolar AG GYZ 250 E40
性能 0.000g 300℃ 10000r/min 100ml 光解水 250W
生产厂家
上海舜宇恒平科技有限公司 上海一恒科学仪器有限公司 南京南大仪器厂
上海天美科学仪器有限公司 北京泊菲莱科技有限公司 欧司朗(中国)照明有限公司
加热/控温 巩义予华仪器有限公司
1.8.3 表征技术
半导体光催化剂是固体材料，通过结构表征和测试分析研究影响光催化性能的原因和规律，进而调控催化剂的构成，获得性能更好的光催化材料。表1.3列举了常用的半导体光催化材料结构表征与性能测试分析的主要内容。
表1.3 光催化材料表征技术及主要分析内容
编号 表征技术 1 2 3
X射线衍射（XRD） 扫描电镜（SEM） 紫外可见分光光度计
主要分析内容
晶粒大小、组成等结构分析 样品微观形貌 定性分析溶液浓度
（1）X射线衍射（X-Ray Diffraction，XRD）。XRD是一种对样品进行形态表征和物相分析的测定方法。可以进行物相成分分析、纳米晶粒尺寸的计算、晶格畸变的估算、小角度XRD衍射等表征。原理为单色X射线照射到晶体中的周期排列的原子，弹性散射波相互干涉发生衍射现象。一束平行的单色X射线以一定的入射角照射到晶面间距为d的两个晶面上发生衍射效应。对同一晶体，在波长一定时，入射角和晶面间
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距一一对应的关系，通过测定入射角计算出镜面间距，进而确定晶体的结构，这就是晶体结构分析。不同物相的多晶衍射谱图，是各单相的权重叠加峰，与含量成正比，通过强度分析求出组成相的质量分数。利用X射线衍射宽化法，可以估算样品中晶粒的大小。
（2）扫描电子显微镜（SEM）。一定能量的电子轰击样品，由于样品形貌变化不同，产生的二次电子的数量不同。SEM照片就是测量扫描区域二次电子的强度随不同位置的变化函数得到的。通常SEM带有能谱的附件，可以对样品进行表面分析，确定样品组成和分布。光催化剂的样品通常喷金，改善导电性能，增加二次电子产率，获得清晰的SEM图像。本文采用场发射环境扫描电子显电镜FEI Quanta 200F观察样品表面粒径大小和形貌。加速电压为200V-30kV，分辨率小于1.2nm，放大倍率为25-200K。
样品用研钵研磨后取适量放入丙酮溶液中，用超声波分散，待分散均匀后用一次性胶头滴灌取少量滴在切好的载玻片上。待样品干燥后，用导电胶将载玻片固定在样品台上，因为样品不导电，需对样品进行喷金处理，最后用扫描电子显微镜观察样片的形貌。
（8）紫外可见分光光度计。以岛津UV-Vis 1700型分光光度计检测有机染料的吸光度。以蒸馏水做参比并调零，扫描范围900nm-190nm，间隔为1nm。
1.9本课题研究目的和意义
随着我国经济快速发展和科技的进步，人们在创造了巨大社会财富的同时对能源的需求越来越大，能源已经成为保障我国国民经济和社会发展的重要战略物资。但是我国面临人均能源资源相对不足，需要大量的从国外进口石油、天然气等常规非可再生能源。常规能源价格不断上涨，使新能源成为关注的热点。解决当今日益严重的能源短缺和环境污染问题是实现可持续发展的重要保障。为了解决日益突出能源危机和环境问题，半导体光催化剂可以利用丰富的太阳光来分解水和降解有机污染物。传统光催化材料TiO2由于能带较宽，只能吸收利用太阳光中的紫
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